一種綜合體配置雷達角伺服跟蹤方法

2014-12-24 07:24:08羅春賢

科技視界 2014年9期

羅春賢

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西西安710068）

0 引言

綜合體配置雷達伺服系統在整個綜合體中有重要的地位，它是一種復雜的機電綜合系統。為了滿足任務需求，雷達伺服系統需要具有高動態性能，高穩定性和高跟蹤精度。在系統的設計、調試階段，提出一個合理可行的構架，選用合適的器件，應用軟件進行建模、仿真，對樣機進行試驗驗證具有重要意義。

1 要解決的技術問題

隨著綜合體指向目標未來點時隨動系統速度和加速度的大幅提高，復合控制的技術難度增加，具體到跟蹤雷達角伺服系統來講，其需要完成的功能就是驅動天線完成快速調舷、搜索，與電子跟蹤通道一起完成對目標的精確角度跟蹤；對各級載體搖擺進行有效隔離，使天線軸線在慣性空間穩定。

2 技術方案

以“低頻位置跟蹤，高頻速度隔離”為指導思想進行設計，設計方案如下：

2.1 物理組成

由天線座電氣部分和伺服控制電路部分組成角跟蹤伺服系統。

天線座電氣部分包括方位驅動電機、俯仰驅動電機；方位、俯仰角度敏感裝置。另外，天線上裝配兩個分別用來敏感方位和俯仰角速度的陀螺及配套的陀螺解調裝置，陀螺的敏感度高，能有效隔離各級載體的搖擺量。

伺服控制電路部分包括控制組合和功率放大裝置。控制組合中包括方位和俯仰的校正電路（數字或者模擬）、角度轉換電路、控制輸出轉換電路、信息處理模塊和故障檢測模塊。

功率放大裝置包括功率放大模塊，配套的電源裝置以及兩個分別用于敏感方位、俯仰電機電樞電流的傳感器。

2.2 環路設計

角跟蹤伺服控制環路設計成三環嵌套系統：內環為電流環，中環為速度環，外環為位置環，原理框圖見圖1。其中速度環是以速率積分陀螺為傳感器構成的空間速度環即陀螺環。

圖1 伺服方位或俯仰控制環路原理框

電流環由驅動電機電樞回路﹑PWM功放﹑電流敏感裝置及電流環校正放大環節組成。電流環的結構框圖如圖2所示。

圖2 電流環結構框圖

陀螺環由速率積分陀螺及其解調電路、陀螺環校正放大環節、電流環組成。陀螺環的結構框圖如圖3所示。

圖3 陀螺環結構框圖

3 具體實施方式

3.1 主要器件的選擇和模塊電路設計

1）根據雷達加速度指標方面的要求分別計算出天線方位和俯仰的總負載力矩，并選用合適的直流力矩電機分別作為方位和俯仰的驅動電機，并與各自驅動軸同軸安裝。

2）功率放大模塊采用具有過流保護功能的PWM功放模塊，指標要求如下：開關頻率2kHz；輸出連續工作電流10A；峰值電流 ≥50A。

3）天線上的陀螺使用液浮速率積分陀螺。采用液浮速率積分陀螺為傳感器構成跟蹤雷達伺服系統的空間速度環是一種很好的設計選擇，這樣設計的速度環具有增益高、頻帶寬、穩定剛度大、靜態誤差小的特點。

4）選用直接套天線軸安裝的雙通道旋變發送機來作為角度敏感裝置，實時輸出方位和俯仰角位移。

5）方位、俯仰校正電路均采用模擬校正實現對陀螺環、電流環的比例積分、比例微分放大校正；陀螺環的校正放大環節中設計有帶阻濾波器，濾波器抑制頻帶中心頻率與天線座的機械諧振頻率相同；電流環的反饋支路也設計有帶阻濾波器，抑制頻帶中心頻率設在了PWM功放的切換頻率上。另外校正板上還有由功率運放實現的陀螺力矩電流產生器。

6）信息處理模塊主要對伺服系統內部和外部的各種信息進行處理。由微處理器、譯碼控制器、高速RAM、高速EPROM、驅動器和PC機通訊使用的仿真頭及其外圍電路組成。

7）角度轉換電路由兩片分別用來轉換來自方位、俯仰旋變的模擬信號RDC芯片和與之對應的讀、寫電路組成。電路原理圖如圖4所示。